Разрушение лесов жуками объясняется их уникальной генетикой

Новое исследование, опубликованное в журнале Genome Biology, выявило, что пищевые привычки, ответственные за экологический успех усача азиатского (Anoplophora glabripennis), связаны с его уникальными генами.

Сравнив геном этого жука с геномами 14 других насекомых, учёные идентифицировали набор генов, некоторые из которых уникальны для данного вида. Эти гены способствуют перевариванию древесного растительного материала и, вероятно, ответственны за способность жука процветать в лесах по всему миру. Усач азиатский — глобально инвазивный вид, способный наносить серьёзный ущерб многим экономически важным деревьям. Потенциальный экономический ущерб в США, если его не контролировать, оценивается в $889 млрд.

Генетический арсенал для переваривания древесины

Древесина — бедный источник питательных веществ, поэтому организмы, способные выживать на такой диете, должны были развить уникальные особенности для эффективного пищеварения.

• Уникальные гены: У усача азиатского обнаружено более 1000 генов, отсутствующих у других членистоногих.
• Ферменты для расщепления целлюлозы: Идентифицировано 86 генов ферментов гликозидгидролаз — больше, чем у любого другого известного насекомого. Эти ферменты позволяют жуку переваривать древесный материал и детоксифицировать растительные химические вещества.
• Широкий спектр действия: Разнообразный набор этих ферментов позволяет жуку расщеплять все основные полисахариды клеточных стенок растений, высвобождая сахара для энергии, и справляться с молекулами из широкого спектра древесных пород.

Жизненный цикл и активность генов

Жук полностью развивается, живя и питаясь внутри древесины: личинки сначала питаются под корой, а затем углубляются в ствол. Взрослые особи выходят и питаются внешними частями дерева.

Эксперименты подтвердили роль генов:

• При питании личинок древесиной клёна сахарного активность генов гликозидгидролаз повышалась (чего не наблюдалось на искусственной диете).
• Анализ генома также выявил специфический набор генов CYP450, участвующих в детоксикации соединений, с которыми жук сталкивается при питании растительными тканями.

Значение исследования

Исследование устанавливает геномную основу инвазивности усача азиатского и эволюционного успеха жуков, питающихся древесиной (к семейству усачей относится более 35 000 видов). Идентификация генов, связанных с ключевыми процессами пищеварения и детоксикации, в перспективе предоставит новые инструменты для борьбы с этим и другими инвазивными вредителями.

Публично доступный геном также является частью инициативы i5K по секвенированию тысяч насекомых и служит фундаментальным ресурсом для исследователей и любителей биологии.